月表构造与深部构造的关系

地球和月球很可能是通过大撞击形成的。在行星地质学中,研究月球的地质-构造现象,对了解月球、地球乃至太阳系的形成与演化历史都有很大帮助。月球的构造分为深部构造与月表构造,寻找它们在分布或成因上的关系,可以为月球甚至地月系的起源和演化历史提供重要参考。利用LROC的宽视角影像数据以及LOLA数据提取解译月表构造,结合深大断裂进行观察分析,并对月球的撞击盆地进行统计,最后以静海地区为例分析构造分布特征,发现月球的质量瘤盆地中具有环状分布的月岭,外侧具有近环状分布的深大断裂,自前酒海纪至酒海纪,具备上述特征的质量瘤盆地占总撞击盆地的比例突然有一个很大的提升,且静海地区西部具有该构造分布特征。推测该特征与撞击、月海沉降等有关,且在酒海纪与雨海纪期间月球有较多的月海玄武岩分布,由此判断静海西部存在质量瘤,发生过撞击与月海沉降。     

月球雨海盆地多环结构的厘定及其深部构造研究

雨海盆地是月球正面最大、月球上研究程度最高的多环结构撞击盆地,已有很多学者对其多环结构的边界进行恢复研究,但在多环结构最初始形状、多环位置/数量、盆地大小等方面,至今未能达成共识。本文利用GRAIL自由空气重力异常数据、LOLA激光测高数据进行了多源数据的融合,结果表明,雨海盆地是具有偏心圆的三环结构特点,其直径从外到内分别为1 500 km、1 100 km、665 km。基于欧拉反演结果研究表明,在雨海撞击盆地中部存在两种不同深度、构造运动性质及方向的断裂构造,即：(1)深度大于40 km,向下逐渐向内倾斜、延伸的深部断裂构造;(2)深度在40 km以内,由月表向下逐渐向外倾斜、延伸的浅部断裂构造。结合物质成分及地球物理特征的研究,雨海地区的地质构造演化过程可分为两个阶段：(1)在月球早期阶段(45~38.5亿年),主要以内动力地质作用即岩浆洋冷凝过程为主,形成了雨海盆地深度在40 km以下逐渐向内倾斜、延伸的构造断裂,其为本区在月球早期深部岩浆洋产生、分异及运移提供了通道,该构造断裂代表了雨海盆地撞击前的月球早期深部岩浆洋的构造地质演化阶段;(2)在月球晚期阶段(≤38.5亿年),主要以内、外动力地质作用并重,形成了雨海盆地深度在40 km以内逐渐向外倾斜、延伸的构造断裂,其应为本区不同期次的玄武质岩浆喷出或溢流到月表提供了运移通道,该构造断裂代表了雨海盆地撞击后的月球晚期不同期次玄武质岩浆喷发、充填溢流的月海岩浆活动作用的构造地质演化阶段。     

月球“质量瘤”盆地的深部结构与撞击演化

月球"质量瘤"是指具有等轴状、高幅值重力异常的撞击盆地区域,重力异常是高密度月幔物质隆起与月海玄武岩充填共同作用的结果。研究这种高密度物质异常成因、来源、空间展布特征以及"质量瘤"盆地的深部结构,可以推测其形成与演化历史。利用嫦娥一号激光测高数据与LP165P月球重力场模型计算获得月球布格重力异常,采用新的垂直圆柱体重力异常计算公式,模拟月海充填玄武岩与月幔隆起,使其模拟计算的重力异常与测量的相对布格重力异常相吻合。计算结果表明,月球正面月海区域"质量瘤"盆地充填的玄武岩较高地区域的厚,在典型"质量瘤"盆地的布格重力异常中,月幔隆起是主要因素。计算还发现雨海与澄海下部月壳厚度比正面其他盆地的厚,而且澄海区域的地形表现为中心突起,下部月幔呈一定凹形,推测由于风暴洋区克里普岩的存在使得该区域月壳内部温度高,物质流动性增强,演化后期月壳物质横向压力均衡调整导致月壳物质向盆地中心回流,使得盆地下部月壳增厚,月幔凹陷,盆地地表出现一定程度的抬升。     

月球东海盆地综合解析与撞击初始条件的研究

东海是月球上最年轻的多环撞击盆地,关于其形成机制的研究很多,但成果大都基于正撞击的机制提出的,虽然有部分学者提出东海是斜撞击的,但缺乏具体撞击参数。本文通过多源数据融合,综合分析LRO影像数据、LOLA地形数据、M~3高光谱数据和IIM高光谱数据,对东海地区的地貌特征、物质成分进行了较为系统的解译,发现在东海中央熔融区存在一条与东海撞击方向垂直的中央隆起区域(中央隆起线),其也是中央熔融区粗糙部分与光滑部分的分界线,结合撞击坑成坑理论,认为其可能是撞击过程冲击波作用引起的堆叠作用形成的。同时利用GRAIL数据及对该地区的重力异常的成因进行了分析,认为异常是由于压强、温度及岩石粘度的改变引起局部莫霍面抬升和中央熔融物的形成而出现的,进而估算出熔融物占盆地内物质的25%,约为1.1×10~6km~3。同时,对GRAIL数据的剖面分析结果也支持了本文的斜撞击理论。最后,综合多方面的信息和撞击理论获取东海盆地构造分布图,并根据中央隆起线、溅射物及线性构造的分布特征等,提出东海盆地理论上是由一直径在50~100km的撞击体以10~30km/s的速度自东偏北约20°~30°方向以20°~30°的角度斜撞击月表而形成的。这可为研究更早期的月球撞击坑提供理论参考。     

月球南极艾特肯盆地的地质特征:探索月球深部的窗口

月球南极艾特肯盆地(South Pole-Aitken Basin,简称SPA盆地)是月球上规模最大、最古老的撞击盆地,形成于43~39亿年前的前酒海纪。巨大的撞击可能挖掘出下月壳甚至月幔的物质,因此,它是探索月球深部物质组成的重要窗口。本文通过对SPA盆地形貌和构造特征、物质组成及其分布特征,以及形成机制等方面的分析,综述了艾特肯盆地的地质特征,探讨了SPA盆地对探索早期月球形成演化历史的意义。     

月海盆地线性构造展布及其成因分析

综合多源遥感数据识别提取月球正面南北纬50°之间的线性构造,重点分析月岭和月溪的影像特征、分布规律和时空关系,结合月海沉降模型分析两者的成因机制,结合地形和重力场数据预测影响月岭类型的因素。研究表明,在质量瘤盆地,月岭和月溪存在明显的时空关系和构造成因联系,两者主要由月海沉降产生的局部应力引起,前月海时期盆地的均衡状态和月海充填的几何形状可能影响了月岭的分布类型。     

月球南海地区玄武岩厚度估算

月海玄武岩是月幔部分熔融喷出月表而形成的,其厚度可以反映月海玄武岩源区的深度。研究月海玄武岩厚度,对进一步认识月球区域岩浆作用或火山作用的演化历史具有不可替代的作用,也能够为整个月球的热演化和岩浆演化提供基本的约束条件。同时,玄武岩厚度可以用以推测月球内部产生玄武岩岩浆的体积,对月球火山作用的岩浆喷发总量以及月球内部的热状态具有指示作用。本文基于多源遥感数据,综合利用撞击坑的形貌特征与月坑挖掘深度法对南海地区撞击坑内(crater)和撞击坑间(intercrater)两类玄武岩地层的厚度进行了估算,并对玄武岩的面积、体积、年龄及岩浆活动做了简单分析。研究结果表明：南海地区撞击坑内的玄武岩厚度变化范围为0.11~4.75 km,平均值约为1.32 km,玄武岩的出露面积和出露体积分别为57.06~10 791.66 km2和10.25~51 260.38 km3;撞击坑间的玄武岩厚度变化范围为0.01~2.18 km,平均值约为0.34 km,玄武岩的出露面积和出露体积分别为6 487.89~33 170.55 km2和2 711.97~11 609.69 km3。因此,南海地区玄武岩厚度的变化范围分布在0.01~4.75 km,平均厚度约为600 m,出露的玄武岩总面积约为2.12×105 km2,总体积约为2.71×105 km3。通过分析南海地区的玄武岩年龄及分布特征,发现南海地区内的岩浆喷发活动主要集中发生在雨海纪至爱拉托逊纪时期,且其局部区域存在多次岩浆喷发及充填过程,但由于晚期玄武岩岩浆的喷发总量不足以覆盖早期已形成的玄武岩,导致晚期玄武岩与早期玄武岩同时存在于同一个玄武岩单元内。南海地区独特的玄武岩分布特征也与地形有关。     

月球雨海北部陆地区域构造及其含义

月球雨海北部陆地是雨海多环盆地的第二层,平均高程约-1 km。DEM图像显示,大量来自虹湾与柏拉图月坑的掘积物使本地区高程变得非常不均一。统计了研究区内的月坑,并根据其深度与宽度之比(深宽比)将它们划分为4组。深宽比较小而扁率较大的月坑被认为是较古老的月坑。这些古老月坑分布于比较接近月海的位置。对研究区内线性构造的制图研究揭示了3个优选方位,分别是E—W、NEE—SWW和NW—SE向。这种分布样式与月球格子构造系统大致匹配,因而它们很可能形成于雨海事件之前。这些线性构造,包括断裂与月溪,在月海玄武岩泛滥时期为玄武质岩浆的侵入提供了大量通道。在研究区内一些地形较低的地点,玄武岩上侵并出露在月表,它们的FeO平均含量接近但是略低于月海玄武岩。总结了本地区的地质构造演化历史,并且推论月球上的确存在类月海的陆地。     

月球东海盆地的矿物光谱特征及遥感探测

东海盆地是月球上最年轻的大型撞击盆地之一,其地形地貌和矿物与岩石类型分布将有助于我们深入理解月球撞击盆地形成过程和地质演化历史。LOLA高程数据揭示东海盆地为保存完好的多环撞击盆地。基于月球矿物绘图仪（M3）反射率数据,在东海盆地发现了尖晶石、辉石、结晶斜长石、橄榄石等矿物,采用修正高斯模型（MGM）进行混合矿物光谱分解获取了矿物端员,利用光谱角分类方法（SAM）作出了Maunder 撞击坑的主要矿物分布图。发现的纯结晶斜长石矿物与最近其他月球探测（如Kaguya)相吻合,为月球岩浆洋模型提供了新约束条件。在Lowell撞击坑中央峰发现尖晶石分布,并利用多光谱成像仪（MI）数据进行了验证;利用MGM方法,在Maunder建造上发现结晶斜长石与尖晶石的混合矿物,我们通过分析认为东海盆地的尖晶石在外卢克山脉上可能有更广泛的分布。     

月球莫斯科盆地多环结构分析与区域形貌研究

莫斯科盆地是位于背月面西北部的大型多环撞击盆地。该盆地环状结构呈非同心环状分布,且内部东北部峰环缺失,因其特殊的地理位置以及非典型的环状结构引起了相当多学者的关注。通过WAC和MI影像数据和LOLA地形数据等多源数据的综合分析,确定了莫斯科盆地的理想3环结构：盆地理想峰环东北部缺失,所在位置环的直径约为192 km;理想中环结构完整,形状较为规则,近似椭圆形,长轴直径约为451 km,短轴直径约为410 km;理想外环直径约677.5 km。理想峰环、中环和外环的中心近似沿西南—东北走向与水平方向成30°角直线排列,中环和外环与内峰环距离分别为27.36、45.77 km。提出了融合微观地形因子和宏观地形因子的形貌综合特征表示法,依据该综合特征值重新解译莫斯科盆地的多环构造,验证了理想3环结构的分布。除盆地构造外,进一步对盆地内的环形和线性构造的类别、特征和成因进行了详细剖析,特别是盆地内部Titov和Komarov月坑形貌构造的分析。同时完成了以线性构造、环形构造以及多环盆地建造为主体要素的莫斯科盆地区域构造图的编制。在对莫斯科盆地的形貌与构造特征进行深入分析的基础上,探究该多环盆地区域的构造形成演化,为月球早期的构造演化研究提供理论参考。     

月球虹湾-雨海盆地壳幔结构

为了探讨月球大型撞击盆地形成后的壳幔物质迁移, 采用新近的月球重力场数据研究壳幔界面的起伏情况, 这对撞击盆地的形成演化研究有重要意义.通过对虹湾-雨海盆地地区玄武岩引起的重力异常进行正演模拟, 发现该部分重力异常仅约占布格重力异常幅值的8%, 布格重力异常主要与壳幔界面起伏有关.对该地区不同解算高度的剩余布格重力异常进行场源边界提取, 发现虹湾-雨海西北部的壳幔界面随深度增加向雨海中心倾斜, 在此区域下方, 壳幔界面会有一个向虹湾方向的额外上隆, 可能为月幔物质曾向此方向涌动造成.分析表明这种月幔上涌情况可能在雨海撞击时形成, 或者可能是形成虹湾的撞击对雨海盆地壳幔结构产生了二次影响, 在虹湾地区的壳幔回弹过程中, 拖动雨海下方的物质向虹湾方向运移造成的.      

月表澄海—静海区遥感地质分析

月海盆地作为月球表面重要的地貌单元,分析其玄武岩喷发历史和构造作用,对于了解月球演化有着重要的意义。文中以澄海和静海两个相连通盆地为研究区,通过对LRO的DEM数据进行处理,获得两个月海的地形特征。基于Clementine多光谱数据处理,提取TiO2、FeO含量和成熟度分布图。经过对嫦娥一号CCD影像数据并结合LRO和LO全色波段影像的解译,提取了研究区126条月岭和114条月溪,并对比Cle-mentine提取的重力分布图,对其展布形式进行研究。综合分析结果表明,两个盆地虽然相邻连通,但岩性和构造分布有着明显的差别,玄武岩喷发不同期次界限明显,且澄海玄武岩年龄普遍晚于静海,相通处玄武岩与静海北部玄武岩同源。澄海中的线状构造展布形式与静海中的明显不同,呈现出一定规律,与质量瘤的有无及重力展布形式有关。     

Short note: The Faya basin (N Chad,Africa) – A possible impact structure?

The Faya basin, an almost circular structure, has been discovered by remote sensing using Landsat and Shuttle Radar Topographic Mission (SRTM) data. It is centred on 18°11′ N and 19°34′ E, about 55 km ENE of the city of Faya (Largeau), and has a diameter of ∼2 km. The Faya basin is a singular geological feature that formed in sandstones of most likely Late Devonian age. As so far observed and interpreted in satellite imagery and digital elevation models, the Faya basin exhibits various structural features and the typical morphology of small, complex impact craters: an elevated rim surrounded by concentric faults, an annular depression, and a central topographic high. It is difficult to explain the formation of the Faya basin by common geological processes. No volcanic features are known in this area. Eroded magmatic intrusions and volcanic calderas should usually be different in size and shape, and should show an inhomogenic rock distribution on satellite images. Further, no salt diapirs, sinkhole structures, or glacial erosion features have been reported in this region. Therefore, we suppose that the Faya basin might have an impact origin, but final confirmation will require studies of rock samples from the structure.     

Magnetic anomalies of offshore Krishna-Godavari basin,eastern continental margin of India

The marine magnetic data acquired from offshore Krishna-Godavari (K-G) basin, eastern continental margin of India (ECMI), brought out a prominent NE-SW trending feature, which could be explained by a buried structural high formed by volcanic activity. The magnetic anomaly feature is also associated with a distinct negative gravity anomaly similar to the one associated with 85°E Ridge. The gravity low could be attributed to a flexure at the Moho boundary, which could in turn be filled with the volcanic material. Inversion of the magnetic and gravity anomalies was also carried out to establish the similarity of anomalies of the two geological features (structural high on the margin and the 85°E Ridge) and their interpretations. In both cases, the magnetic anomalies were caused dominantly by the magnetization contrast between the volcanic material and the surrounding oceanic crust, whereas the low gravity anomalies are by the flexures of the order of 3–4 km at Moho boundary beneath them. The analysis suggests that both structural high present in offshore Krishna-Godavari basin and the 85°E Ridge have been emplaced on relatively older oceanic crust by a common volcanic process, but at discrete times, and that several of the gravity lows in the Bay of Bengal can be attributed to flexures on the Moho, each created due to the load of volcanic material.     

月表线性构造定量提取与演化分析:以静海月岭、月溪为例

线性构造是月球表面除环形构造外另一种重要的构造样式,呈线状延伸。月表线性构造种类繁多,其成因也具有多样性。它能反映全月球或者区域性的构造特征与应力状态,在某种程度上反应月球内部的地质信息,对研究月球的构造演化有重要的意义。文中以静海地区为例,经过对“嫦娥二号”CCD的影像数据及从中提取的DEM数据进行解译,提取出了284条月岭和71条月溪,并对月岭月溪进行分类和统计分析,然后结合静海地区线性构造的分布特征及坡度图、等值线图,分析其演化过程。结果表明,静海地区的月溪月岭大部分分部在西部高程较低的区域;静海盆地月溪的形成时间与盆地形成及玄武岩的填充时间大致相同,月岭的形成时间大致与撞击坑的形成时间相同;静海盆地中一端延伸至撞击坑的月岭形成模型属于火山成因模型中的堤坝模型。     

基于撞击坑自动识别的月球雨海北部地区(LQ-4)月海玄武岩定年研究

月球表面定年研究对于理解和重建月球地质演化历史具有关键作用,撞击坑尺寸频率分布法(CSFD)是通过统计区域内不同尺寸撞击坑密度得到特定地质单元的绝对地质年龄。雨海北部地区(LQ 4)包括雨海北部、冷海西部地区以及风暴洋东北部等月海,位于雨海西北边缘的虹湾是中国嫦娥三号卫星预选软着落区,文中综合使用3种方法从影像和地形数据中自动提取了该区内的撞击坑。利用Clementine光谱数据对雨海北部和风暴洋东北部内玄武岩进行了分区,利用撞击坑尺寸频度法(CSFD)法得到每个玄武岩分区内的定年结果。对比该地区之前的定年数据后发现,使用自动识别结果得到的各分区定年结果新老整体趋势上与之前研究结果基本一致,但存在一定偏差。根据自动识别定年结果,认为该地区玄武岩新老顺序大致为：雨海东部(3.56 Ga)-虹湾(3.38 Ga)-风暴洋东北部(2.74 Ga)-雨海西部(2.63 Ga)-柏拉图坑(2.37 Ga)。结合撞击坑自动识别技术和CSFD法,形成了一条利用影像和地形遥感数据快速得到月球表面地质年龄的方法,为月球年代学研究提供一种新途径。     

盆地构造动力学研究的弱点、难点及重点

盆地构造动力直接控制着盆地各种地质作用的发生和盆地类型及其演化;进而总体制约着沉积矿产形成和烃类成藏的条件、特点和分布规律。目前盆地构造动力学研究的弱点、难点及重点主要有以下4方面:(1)特征或成因复杂的构造,如走滑构造、横向(转换)构造、拆离滑覆构造、较大型断层的分段性和断裂带的结构等。(2)非应力成因的构造:在盆地和构造形成的动力中,热力和重力与应力相并列,但却研究薄弱。前两类动力作用的影响更为深远,其构造特征复杂、独具个性,仅从应力分析常会得出与实际情况相差较远甚或相悖的结论。(3)后期改造与古构造恢复:在盆地形成演化末期或之后,多种不同形式的强烈改造,常使盆地的原始沉积面貌大为改观。如后期差异升降与差异剥蚀将改变盆地的原貌,并明显影响油气的聚集和赋存。对后期改造研究与原盆地和古构造恢复意义重要、难度颇大。(4)盆地动态演化与动力学背景:如盆山耦合关系、稳定地块的作用、盆地动态构造演化与深部作用过程、区域构造环境和其时空坐标、总体构造特征的再认识等。     

Flexural and gravity modelling of the Mérida Andes and Barinas–Apure Basin, Western Venezuela

The kinematic evolution of the Barinas–Apure Basin and the southern Mérida Andes from Lower Miocene to the Present is numerically modelled using flexural isostatic theory and geophysical and geological data. Two published regional transects are used to build up a reference section, which is then used to constrain important parameters (e.g. shortenings and sedimentary thicknesses) for the flexural modelling. To control the location of the main fault system in the flexural model earthquake information is also used. The estimated flexural elastic thickness of the South American lithosphere beneath the Barinas–Apure Basin and the Mérida Andes Range is 25 km. The value for the final total shortening is 60 km. The flexural isostatic model shows that the Andean uplift has caused the South American lithosphere subsidence and the development of the Barinas–Apure Basin.In addition, gravity modelling was used to understand deep crustal features that could not be predicted by flexural theory. Consequently, the best-fit flexural model is used to build a gravity model across the Mérida Andes and the Barinas–Apure Basin preserving the best-controlled structural features from the flexural modelling (e.g. basin wavelength and depth) and slightly changing the main bodies density values and deep crustal structures. The final gravity model is intended to be representative of the major features affecting the gravity field in the study area. The predicted morphology in the lower crustal level of the final gravity model favours the hypothesis of a present delamination or megathrust of the Maracaibo crust over the South American Shield. This process would use the Conrad discontinuity as a main detachment surface within an incipient NW dipping continental subduction.